KR100417112B1 - A Pulse Type Metal Plasma Ion Source Generating Device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 펄스형 금속플라즈마 이온소스 장치에 관한 것으로, 진공하에서 소정의 고전압펄스가 인가되는 양극과, 상기 양극에 대해 소정의 전위차를 갖도록 접지되는 음극과, 상기 양극과 음극의 펄스방전을 유도하여 각 극성에 기초하는 이온을 방출할 수 있도록 상기 음극에 소정간극을 유지하며, 고전압펄스를 순간촉발하는 트리거와, 상기 음극과 트리거 사이의 간극을 조절할 수 있도록 상기 음극을 승강하는 간극조절수단과, 상기 양극의 양이온만을 선별적으로 흡수 및 통과시키는 제 1그리드 및 상기 제 1그리드를 통해 선별된 양이온을 가속하여 대상물에 조사되도록 하는 제 2그리드로 구성되는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a pulsed metal plasma ion source device, comprising a positive electrode to which a predetermined high voltage pulse is applied under vacuum, a negative electrode grounded to have a predetermined potential difference with respect to the positive electrode, and inducing a pulse discharge between the positive electrode and the negative electrode. A trigger for maintaining a predetermined gap in the cathode to release ions based on each polarity, a trigger for instantaneously triggering a high voltage pulse, and a gap adjusting means for elevating the cathode to adjust a gap between the cathode and the trigger; And a first grid for selectively absorbing and passing only the cations of the anode and a second grid for accelerating the selected cations through the first grid to irradiate the object.
Description
본 발명은 플라즈마 이온소스 발생장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 금속플라즈마를 상온에서 용이하게 얻을 수 있도록 트리거로부터 고전압펄스가 가해지는 금속재질의 양극 및 음극과, 상기 양극 및 음극 사이에서 촉발된 진공상태하의 방전에서 금속의 양이온만을 선별적으로 흡수 및 가속하여 조사하는 그리드 등으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 펄스형 금속플라즈마 이온소스 발생장치에 관한 것이다.The present invention relates to a plasma ion source generator, and more particularly, to a metal anode and a cathode to which a high voltage pulse is applied from a trigger to easily obtain a metal plasma at room temperature, and a vacuum triggered between the anode and the cathode. The present invention relates to a pulsed metal plasma ion source generator comprising a grid for selectively absorbing, accelerating and irradiating only cations of a metal in a discharge under a state.
플라즈마(Plasma)는 물질의 전자가 핵의 속박에서 벗어나 자유롭게 움직이며 돌아다니는 상태를 일컫는 것으로서, 일반적으로 가열 및 가압에 따라 발생하는 상변화에 따른 단계에서 최종적으로 도달한 기체에 고온의 열을 더 가해주었을 때 일어나는 현상이다.Plasma refers to a state in which electrons of a material move freely around the nucleus and move freely. In general, a high temperature heat is added to a gas finally reached in a phase due to a phase change caused by heating and pressurization. It happens when you apply it.
자연계에서는 번개나 오로라 등이 플라즈마의 형태를 취하는 것이고, 용접 등에 이용되는 아크방전 등이 인공적으로 생성되는 플라즈마의 형태이다.In the natural world, lightning, aurora, and the like take the form of plasma, and arc discharge and the like used for welding are artificially generated.
이러한, 플라즈마가 공업계에 활용되는 것으로 플라즈마 이온소스 발생장치를 들 수 있는데, 중성가스입자로부터 플라즈마를 생성시키는 방식이 일반화되어 있다.Plasma ion source generators can be cited as such plasmas being utilized in the industrial world, and a method of generating plasma from neutral gas particles is common.
그런데, 상온에서 대부분의 물질은 가스 즉 기체상태로 존재하기 않을 뿐 더러 기체상태로 상변화된 후에도 플라즈마를 발생시키기 위해서는 보다 더 많은 에너지를 가해주어야 하기 때문에, 이온주입을 필요로 하는 공정이나, 회로기판의 증착 등에 활용하기에는 많은 제약이 따른다.However, at room temperature, most materials do not exist in gas, that is, gaseous state, and because more energy must be applied to generate plasma even after phase change to gaseous state, a process or circuit board requiring ion implantation. There are many limitations to use for deposition.
또한, 가스플라즈마 이온소스발생장치는 발생되는 이온소스를 이용하여 반도체 회로기판을 증착할 경우 증착원의 이온화율이 매우 낮기 때문에, 증착에 따른 에너지의 범위를 제어하기가 어려운 문제점이 있다.In addition, the gas plasma ion source generator has a problem that it is difficult to control the energy range due to deposition because the ionization rate of the deposition source is very low when the semiconductor circuit board is deposited using the generated ion source.
이러한 어려움을 극복하기 위해 진공하에서 아크방전을 이용하여 플라즈마를 발생시키는 이온소스 발생장치가 개발되었다.In order to overcome this difficulty, an ion source generator for generating plasma using arc discharge under vacuum has been developed.
이러한 상기 이온소스장치는 금속물질로 이루어진 양극 및 음극과, 상기 음극 전면에 설치되는 그리드 등으로 이루어지는데, 상기 양극에 고정된 금속봉이 음극 표면에 접촉하면서 일어나는 아크방전을 이용하는 것이다.The ion source device is composed of a positive electrode and a negative electrode made of a metal material, a grid or the like installed on the front of the negative electrode, and uses an arc discharge generated while the metal rod fixed to the positive electrode contacts the surface of the negative electrode.
우선 상기 금속봉이 음극표면에 순간적으로 접촉하게 되면, 그 전위차에 의해 상기 금속봉의 양이온이 상기 음극 표면의 금속이온을 방출시키게 되면서 방전이 일어나고, 상기 금속이온은 상기 그리드를 통해 외부로 조사되어 반도체 회로기판 등의 증착에 이용된다.First, when the metal rod is in instant contact with the cathode surface, the potential difference causes the cation of the metal rod to release metal ions on the surface of the cathode, thereby causing a discharge, and the metal ions are irradiated to the outside through the grid to form a semiconductor circuit. It is used for vapor deposition of a board | substrate.
이러한 상기 종래 이온소스발생장치에서는 접촉에 의해 양이온이 상기 음극 표면에 방전을 일으키면서 불규칙적으로 이동하기 때문에, 보다 많은 양의 금속이온을 방출하기 위해서는 음극의 표면적이 보다 넓어야 한다.In such a conventional ion source generator, since the cations move irregularly by contact with the discharge causing the discharge, the surface area of the cathode must be wider in order to release a larger amount of metal ions.
하지만, 음극의 표면적이 넓어지게 되면 이에 비례하여 고온의 열이 발생하게 되고, 음극이 비교적 단기간에 용융되어 버리는 문제점이 있다.However, when the surface area of the negative electrode is widened, high temperature heat is generated in proportion to the negative electrode, and the negative electrode melts in a relatively short period of time.
아울러, 접촉에 의해 발생되는 아크방전의 특성상 방전이 일정하지 못하고, 양이온이 음극의 표면을 불규칙적으로 이동하기 때문에, 제어가 불가능한 문제점이있다.In addition, since the discharge is not constant due to the characteristics of the arc discharge generated by the contact, and the cation moves irregularly on the surface of the cathode, there is a problem that can not be controlled.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점들을 감안하여 안출된 것으로써, 본 발명의 제 1목적은 제어가 용이한 진공펄스방전으로 금속플라즈마를 발생시켜 안정적인 금속이온소스의 방출이 가능한 펄스형 금속플라즈마 이온소스 발생장치를 제공하는 것이다.Accordingly, the present invention has been made in view of the above problems, and the first object of the present invention is to generate a metal plasma with an easy-to-control vacuum pulse discharge, thereby allowing the release of a stable metal ion source, thereby allowing the release of a stable metal ion source. It is to provide a source generator.
그리고, 본 발명의 제 2목적은 반도체 기판에 대한 보다 높은 증착률을 얻을 수 있도록 금속이온소스의 제어가 용이한 펄스형 금속플라즈마 이온소스 발생장치를 제공하는 것이다.A second object of the present invention is to provide a pulsed metal plasma ion source generator that can easily control a metal ion source so as to obtain a higher deposition rate on a semiconductor substrate.
이러한 본 발명은 목적들은, 진공하에서 일정한 전압이 인가되는 원통 형상의 양극(10);The present invention has a purpose, the cylindrical anode 10 is applied a constant voltage under vacuum;
상기 양극(10)에 대해 전위차를 갖도록 접지되는 봉 형상의 음극(20);A rod-shaped cathode 20 grounded to have a potential difference with respect to the anode 10;
상기 양극(10)과 음극(20) 사이의 펄스방전을 유도하여 상기 음극(20)으로부터 금속이온이 방출될 수 있도록 상기 음극(20)에 소정간극을 유지하며, 고전압펄스를 정기적으로 촉발하는 트리거(50);Trigger to induce a pulse discharge between the anode 10 and the cathode 20 to maintain a predetermined gap in the cathode 20 so that the metal ions can be released from the cathode 20, and triggers a high voltage pulse periodically 50;
상기 음극(20)과 트리거(50) 사이의 간극이 조절될 수 있도록 상기 음극(20)을 승강하는 간극조절수단(60);A gap adjusting means (60) for elevating the cathode (20) so that the gap between the cathode (20) and the trigger (50) can be adjusted;
상기 음극(20)으로부터의 금속이온만이 선별되어 통과되도록 상기 음극(20)에 대해 일정한 전위차를 갖는 갖는 제 1그리드(30); 및A first grid 30 having a constant potential difference with respect to the cathode 20 so that only metal ions from the cathode 20 are selected and passed through; And
상기 금속이온을 가속하도록 상기 제 1그리드(30)와 음극(20) 사이의 전위차에 비해 상대적으로 더 큰 전위차를 갖는 제 2그리드(40);로 구성되는 것을 특징으로 하는 펄스형 금속플라즈마 이온소스 발생장치에 의하여 달성된다.A pulsed metal plasma ion source, comprising: a second grid 40 having a relatively larger potential difference than the potential difference between the first grid 30 and the cathode 20 to accelerate the metal ions; Achieved by the generator.
여기서, 상기 간극조절수단(60)은 고정된 너트(63)와, 상기 너트(63)에 결합되어 나선을 따라 이동하는 이송볼트(62) 및 상기 음극(20)의 하부에 고정되어 상기 볼트(62)의 이동에 따라 승강하는 지그(61)로 이루어지는 것이 바람직하다.Here, the gap adjusting means 60 is fixed to the nut (63), the transfer bolt 62 is coupled to the nut 63 and moves along the spiral and the lower portion of the negative electrode 20 is fixed to the bolt ( It is preferable that it consists of the jig 61 which moves up and down according to the movement of 62).
아울러, 상기 양극(10)의 외면에는, 일정한 자장이 형성되도록 양단에 서로 다른 극성의 전류가 인가되어 감겨지는 금속코일(11)이 더 구비되는 것이 바람직하다.In addition, the outer surface of the anode 10, it is preferable that the metal coil 11 which is wound by applying a current of different polarity at both ends so that a constant magnetic field is formed.
또한, 상기 양극(10)은 몰리브덴, 텅스텐, 탄탈륨으로 이루어진 고융점의 금속군으로부터 선택되는 어느 하나인 것이 바람직하다.In addition, the anode 10 is preferably any one selected from the group of high melting points made of molybdenum, tungsten, tantalum.
본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다.Other objects, specific advantages and novel features of the present invention will become more apparent from the following detailed description and the preferred embodiments associated with the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 펄스형 금속플라즈마 이온소스 발생장치의 사시도,1 is a perspective view of a pulsed metal plasma ion source generator according to the present invention,
도 2는 본 발명에 따른 이온소스 발생장치의 내부구성도,2 is an internal configuration diagram of an ion source generator according to the present invention;
도 3은 본 발명에 따른 양극 및 음극의 개략도,3 is a schematic diagram of a positive electrode and a negative electrode according to the present invention;
도 4는 본 발명에 따른 이온소스 발생장치의 사용상태도이다.4 is a state diagram of use of the ion source generator according to the present invention.
< 도면의 주요부분에 관한 부호의 설명 ><Description of the code | symbol about the principal part of drawing>
10: 양극 11: 금속코일10: anode 11: metal coil
20: 음극 30: 제 1그리드20: cathode 30: first grid
31: 제 1절연체 40: 제 2그리드31: first insulator 40: second grid
41: 제 2절연체 50: 트리거41: second insulator 50: trigger
60: 간극조절수단 61: 지그60: gap adjusting means 61: jig
62: 이송볼트 63: 너트62: Feed bolt 63: Nut
64: 벨로우즈 70: 플랜지64: bellows 70: flange
100: 이온소스발생장치 200: 진공챔버100: ion source generator 200: vacuum chamber
300: 반도체 회로기판300: semiconductor circuit board
다음으로는 본 발명에 따른 펄스형 금속플라즈마 이온소스 장치에 관하여 첨부되어진 도면과 더불어 설명하기로 한다.Next, a pulsed metal plasma ion source device according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 펄스형 금속플라즈마 이온소스 발생장치의 사시도이고, 도 2는 상기 이온소스 발생장치의 내부구성도이며, 도 3은 본 발명에 따른 양극 및 음극의 개략도이다.1 is a perspective view of a pulsed metal plasma ion source generator according to the present invention, Figure 2 is an internal configuration of the ion source generator, Figure 3 is a schematic diagram of a positive electrode and a negative electrode according to the present invention.
도 1, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 이온소스 발생장치(100)는 진공하에서 금속플라즈마가 발생되도록 한 뒤, 이중 금속이온만을 선별적으로 추출 및 가속하여 반도체 회로기판(300)의 증착 등에 이용될 수 있도록 하기 위한 것이다.As shown in FIGS. 1, 2 and 3, the ion source generator 100 generates metal plasma under vacuum, and selectively extracts and accelerates only double metal ions to form a semiconductor circuit board 300. It is to be used for the deposition and the like.
이 때, 이온소스발생장치(100)의 중앙부위에 구비되는 플랜지(70)가 진공챔버(200)에 체결됨으로써, 금속플라즈마가 진공하에서 발생될 수 있도록 한다.At this time, the flange 70 provided at the central portion of the ion source generator 100 is fastened to the vacuum chamber 200, so that the metal plasma can be generated under vacuum.
이러한 상기 이온소스 발생장치(100)는 고전압펄스를 인가받는 양극(10) 및 상기 양극(10)에 대해 소정의 전위차를 갖는 음극(20)과, 상기 음극(20)에 소정간극을 유지하면서 고전압펄스를 순간촉발하는 트리거(50,Trigger)와, 상기 음극(20)과 트리거(50) 사이의 간극을 조절할 수 있도록 상기 음극(20)을 승강하는 간극조절수단(60)과, 펄스방전 중 발생하는 상기 음극(20)의 금속이온만을 선별적으로 추출하여 통과시키는 제 1그리드(30) 및 이를 가속하는 제 2그리드(40) 등으로 이루어진다.The ion source generator 100 includes a positive electrode 10 to which a high voltage pulse is applied, a negative electrode 20 having a predetermined potential difference with respect to the positive electrode 10, and a high voltage while maintaining a predetermined gap in the negative electrode 20. A trigger 50 for instantaneously triggering a pulse, a gap adjusting means 60 for elevating the cathode 20 so as to adjust a gap between the cathode 20 and the trigger 50, and a pulse discharge. The first grid 30 to selectively extract only the metal ions of the cathode 20 to pass through, and the second grid 40 to accelerate it.
여기서, 상기 양극(10)은 자장이 형성되도록 표면에 금속코일(11)이 감겨지는 원통형상으로 초당 수십마이크로미터 정도의 펄스대역폭을 갖도록 약 200∼600V 정도의 전압을 인가받으며, 발열에 의해 쉽게 용융되지 않도록 몰리브덴, 텅스텐, 탄탈륨 등과 같은 고융점의 금속물질로 이루어진 것이다.Here, the anode 10 is a cylindrical shape in which the metal coil 11 is wound around the surface so that a magnetic field is formed, and a voltage of about 200 to 600 V is applied to have a pulse bandwidth of about several tens of micrometers per second. It is made of a high melting point metal material such as molybdenum, tungsten and tantalum so as not to melt.
그리고, 상기 음극(20)은 일반적으로 상온에서 고체상태를 유지하는 대다수의 금속물질을 주재료로 하며, 길쭉한 봉 형상을 취하는 것으로 접지되어 기저(Ground) 상태를 유지하고 있다.In addition, the cathode 20 is generally made of a majority of metal materials that maintain a solid state at room temperature, and is grounded by taking an elongated rod shape to maintain a ground state.
따라서, 상기 양극(10)과 음극(20) 사이는 상기 양극(10)에 인가되는 전압만큼의 전위차가 존재하게 된다.Therefore, there is a potential difference between the positive electrode 10 and the negative electrode 20 by the voltage applied to the positive electrode 10.
또한, 상기 제 1그리드(30)와 제 2그리드(40)는 방전시의 발열에 의해 용융되지 않도록 고융점의 금속물질인 몰리브덴, 탄탈륨, 텅스텐 및 흑연 등으로 이루어지는데, 방전이 이루어지는 영역에 대한 전기적 절연을 위해 세라믹 소재의 제 1절연체(31)와 제 2절연체(41)가 각각 부착되어 있다.In addition, the first grid 30 and the second grid 40 are made of molybdenum, tantalum, tungsten, graphite, and the like, which are metal materials having high melting points, so as not to be melted by the heat generated during discharge. The first insulator 31 and the second insulator 41 of ceramic material are attached to each other for electrical insulation.
이러한 상기 제 1그리드(30)는 기저상태인 음극(20)에 대해 전위차를 갖도록 약 50V 정도의 전압을 인가받으며, 상기 제 2그리드(40)는 상기 제 1그리드(30)에 대해 전위차를 갖도록 약 1000V 정도의 전압을 인가받음으로써, 상기 음극(20)의 금속이온은 제 1그리드(30)의 전위차에 의해 추출되어 더 큰 전위차를 갖는 제 2그리드(40)에 의해 가속된다.The first grid 30 is applied with a voltage of about 50V to have a potential difference with respect to the cathode 20 in the ground state, the second grid 40 to have a potential difference with respect to the first grid 30 By applying a voltage of about 1000V, the metal ion of the cathode 20 is extracted by the potential difference of the first grid 30 and accelerated by the second grid 40 having a larger potential difference.
아울러, 상기 트리거(50)는 이러한 전위차를 갖는 상기 양극(10)과 음극(20) 사이에 약 1∼10㎲ 정도의 시간동안 고전압의 펄스를 방출함으로써, 양자간의 진공펄스방전 즉, 금속플라즈마 발생을 유도하게 된다.In addition, the trigger 50 emits a high voltage pulse between the positive electrode 10 and the negative electrode 20 having such a potential difference for a time of about 1 to 10 mA, thereby generating a vacuum pulse discharge, that is, a metal plasma between them. Will lead to.
이 때 발생되는 진공펄스방전은 약 100㎲ 정도의 시간동안 이루어지며, 이후 약 10㎳ 정도의 휴지기간을 갖는다.The vacuum pulse discharge generated at this time is performed for about 100 ms and has a rest period of about 10 ms.
이와 같이 상기 이온소스발생장치(100)에서는 트리거(50)에 의한 약 1∼10㎲ 정도의 고압펄스 촉발과, 이에 기인한 양극(10)과 음극(20) 사이에서의 약 100㎲ 정도의 진공펄스방전 그리고, 약 10㎳ 정도의 휴지기간이 주기적으로 반복되는데, 이 때 인가되는 전압 또는 전류치에 따라 그 방전시간 및 휴지기간 등 전체적인 주기가 용이하게 제어될 수 있다.As described above, in the ion source generator 100, a high-pressure pulse of about 1 to 10 kV is triggered by the trigger 50 and a vacuum of about 100 kPa between the anode 10 and the cathode 20 resulting therefrom. The pulse discharge and the rest period of about 10 ms are repeated periodically. At this time, the entire period such as the discharge time and the rest period can be easily controlled according to the applied voltage or current value.
한편, 상기 트리거(50)는 약 10kV, 50A의 전원을 공급받아 고전압펄스를 순간적으로 촉발하게 되는데, 이는 상기 양극(10)에서의 양이온 방출을 우선적으로 유도하게 된다.On the other hand, the trigger 50 is supplied with a power of about 10kV, 50A to instantaneously trigger a high voltage pulse, which induces the positive ion release at the anode 10 preferentially.
이 때 방출된 상기 양극(10)의 양이온은 노출된 음극(20) 표면에 부딪히면서 금속물질로 이루어진 음극(20)의 원자와 전자가 분리되도록 한다.The cations of the positive electrode 10 released at this time hit the exposed surface of the negative electrode 20 to separate atoms and electrons of the negative electrode 20 made of a metal material.
이렇게 분리된 상기 음극(20)의 원자가 양이온 즉, 금속이온이며, 전자는 음이온으로 방출되어 상기 양극(10)의 양이온과 더불어 진공하에서 펄스방전을 일으키게 된다.The ions of the cathode 20 separated as described above are cations, that is, metal ions, and electrons are released as anions to cause pulse discharge under vacuum together with the cations of the anode 10.
여기서, 상기 진공하에서의 펄스방전이 금속플라즈마이며, 상기 음극(20)의 금속이온은 펄스방전기간동안 소정의 전위차를 갖는 제 1그리드(30)에 의해 유도되며, 상기 제 1그리드(30)에 비해 더 큰 전위차를 갖는 제 2그리드(40)에 의해 가속됨으로써, 외부로 조사된다.Here, the pulse discharge under the vacuum is a metal plasma, the metal ion of the cathode 20 is induced by the first grid 30 having a predetermined potential difference during the pulse discharge period, compared to the first grid 30 Accelerated by the second grid 40 with a larger potential difference, it is irradiated outward.
이러한 상기 금속이온은 일종의 이온빔으로서, 반도체 회로기판(300) 전면에 조사되어 증착에 이용될 수 있는데, 상술한 바와 같이 펄스방전기간의 제어에 따라 약 100keV 정도 이내의 범위내에서 용이하게 제어될 수 있다.The metal ion is a kind of ion beam, which can be irradiated on the entire surface of the semiconductor circuit board 300 and used for deposition. As described above, the metal ion can be easily controlled within a range of about 100 keV according to the control between pulse dischargers. have.
한편, 상기 음극(20)은 상기 트리거(50)에 약 5mm 정도의 간극을 유지하는데, 이러한 상기 음극(20)과 트리거(50)의 간극은 간극조절수단(60)에 의해 조절된다.On the other hand, the cathode 20 maintains a gap of about 5mm in the trigger 50, the gap between the cathode 20 and the trigger 50 is controlled by the gap adjusting means (60).
이러한 상기 간극조절수단(60)은 상기 음극(20)을 정밀 승강시키기 위한 것으로, 음극(20)을 고정하기 위한 지그(61)와, 고정되는 너트(63)의 나선을 따라 이동하면서 상기 지그(61)의 하부에서 지그(61)를 승강하는 이송볼트(62) 및 상기 이송볼트(62)의 이동에 관계없이 기밀을 유지하기 위해 상기 지그(61) 하부에 고정되는 벨로우즈(64, Bellows)로 이루어진다.The gap adjusting means 60 is for precisely elevating the cathode 20, and moves along the helix of the jig 61 for fixing the cathode 20 and the nut 63 to be fixed. Transfer bolt 62 for elevating jig 61 at the lower part of 61 and bellows 64 fixed to the lower part of jig 61 to maintain airtightness regardless of the movement of the transfer bolt 62. Is done.
아울러, 상기 음극(20)이 장기적인 방전 등에 의해 소진되었을 경우에도 상기 간극조절수단(60)을 이용하여 상기 음극(20)의 교체가 이루어질 수 있다.In addition, even when the cathode 20 is exhausted by long-term discharge or the like, the cathode 20 may be replaced using the gap adjusting means 60.
도 4는 본 발명에 따른 이온소스발생장치의 사용상태도이다.4 is a state diagram of use of the ion source generator according to the present invention.
도 4에 도시된 바와 같이, 우선 상기 트리거(50)가 고전압의 10kV 정도의 전압을 인가받아 순간적으로 펄스를 촉발하게 된다.As shown in FIG. 4, first, the trigger 50 receives a voltage of about 10 kV of a high voltage to instantly trigger a pulse.
그러면, 약 600V 정도의 전압을 인가받는 양극(10)에서 양이온이 방출되며, 접지되어 기저상태를 유지하여 상대적으로 상기 양극(10)에 인가되는 전압만큼의 전위차를 갖는 음극(20)의 표면에 부딪혀 금속이온을 방출시키게 된다.Then, the positive ions are emitted from the anode 10 to which a voltage of about 600V is applied, and the ground is maintained on the surface of the cathode 20 having a potential difference corresponding to the voltage applied to the anode 10. It hits and releases metal ions.
이와 동시에 상기 양극(10)의 양이온과 금속이온이 분리된 후 자유전자 형태를 취하는 음극(20)의 음이온은 진공펄스방전 즉, 금속플라즈마를 형성하게 된다.At the same time, the positive and negative ions of the positive electrode 10 and the negative ions of the negative electrode 20 taking the form of free electrons form a vacuum pulse discharge, that is, metal plasma.
이 때 상기 금속이온은 전위차에 의해 제 1그리드(30)쪽으로 이동하게 되며, 이후 제 1그리드(30)에 비해 보다 큰 전위차를 갖는 제 2그리드(40)에 의해 가속된다.At this time, the metal ions are moved toward the first grid 30 by the potential difference, and then accelerated by the second grid 40 having a larger potential difference than the first grid 30.
이렇게 가속된 상기 금속이온은 일종의 이온빔화되어 전면의 반도체 회로기판(300)에 조사된다.The metal ions thus accelerated are irradiated onto the semiconductor circuit board 300 on the front surface by being ionized.
이 때, 상기 반도체 회로기판(300)과 상기 제 1그리드(30) 및 제 2그리드(40)는 약 40kV 정도의 전압을 인가받아 전위차에 의해 상기 금속이온이 가속되어 이온빔화될 수 있도록 하는데, 상기 제 1그리드(30) 및 제 2그리드(40)는 전기적으로 설치되는 저항치에 따라 결국 인가되는 전압은 각각 50V 및 1000V 정도이다.At this time, the semiconductor circuit board 300, the first grid 30 and the second grid 40 is applied to a voltage of about 40kV so that the metal ion is accelerated by the potential difference to be ion beam, The voltage applied to the first grid 30 and the second grid 40 is about 50V and 1000V, respectively, depending on the resistance of the electrical grid.
따라서, 상기 음극(20)에서 방출되는 금속이온은 50V 정도의 전위차를 유지하는 제 1그리드(30)에 의해 추출되어 1000V 정도의 전압을 인가받는 제 2그리드(40)의 전위차에 의해 가속되어 최종적으로 약 40kV 정도의 전압을 인가받는 회로기판(300)에 조사되는 등 단계별 전위차에 의한 이온소스화 될 수 있다.Therefore, the metal ions emitted from the cathode 20 are accelerated by the potential difference of the second grid 40 which is extracted by the first grid 30 maintaining the potential difference of about 50V and is applied with a voltage of about 1000V. As a result, the source may be ionized by a step difference in potential such as being irradiated to the circuit board 300 receiving a voltage of about 40 kV.
따라서, 상기 반도체 회로기판(300)은 조사되는 상기 금속 이온빔에 의해 증착될 수 있다.Therefore, the semiconductor circuit board 300 may be deposited by the metal ion beam to be irradiated.
이상에서와 같은 본 발명에 따른 이온소스 발생장치(100)에서 상기 양극(10)의 재질은 몰리브덴, 탄탈륨, 텅스텐 외에 흑연, 스테인레스 중에서 임의로 택일하여 사용할 수 있다.In the ion source generator 100 according to the present invention as described above, the material of the anode 10 may be optionally selected from graphite, stainless steel, in addition to molybdenum, tantalum, and tungsten.
아울러, 상기 양극(10)은 원통형상 외에, 자장이 형성될 수 있도록 코일형태를 취하여 사용할 수 있다.In addition, in addition to the cylindrical shape, the anode 10 may be used by taking the form of a coil so that a magnetic field may be formed.
또한, 상기 음극(20)은 단일재질인 1개의 금속봉 외에, 상이한 재질의 다수개의 금속봉이 순차적으로 펄스방전에 응하도록 사용하여 기판(300)에 대한 증착시 다층막이 형성될 수 있도록 할 수 있다.In addition, the cathode 20 may use a plurality of metal rods of different materials to sequentially respond to pulse discharge, in addition to one metal rod as a single material, so that a multilayer film may be formed during deposition on the substrate 300.
이상에서와 같은 본 발명에 따른 펄스형 금속플라즈마 이온소스 발생장치에 따르면, 상온에서 금속플라즈마의 이온소스를 보다 용이하게 촉발시킬 수 있는 특징이 있다.According to the pulsed metal plasma ion source generator according to the present invention as described above, there is a feature that can easily trigger the ion source of the metal plasma at room temperature.
아울러, 상온에서 고체상태를 이루는 거의 모든 금속의 이온을 음극만을 교체함으로써, 용이하게 얻을 수 있는 효과가 있다.In addition, by replacing only the cathode of almost all metal ions forming a solid state at room temperature, there is an effect that can be easily obtained.
그리고, 양극과 음극 사이의 펄스방전에서 펄스의 대역폭을 변화시키거나 펄스 반복율을 변화시킴으로써, 기판에 증착되는 막의 두께나 증착되어지는 속도의 조절이 가능한 효과가 있다.In addition, by changing the bandwidth of the pulse or changing the pulse repetition rate in the pulse discharge between the anode and the cathode, it is possible to control the thickness of the film deposited on the substrate or the deposition rate.
또한 이온에너지의 크기 조절로 기판과 막 사이의 계면에서 비교적 높은 에너지의 이온주입 효과가 달성되며, 재료의 물성치에 기초한 증착한 이루어질 수 있다. 이를 통해 회로기판 증착과정중에서 비교적 높은 증착율과 보다 양질의 막을 얻을 수 있는 효과가 있다.In addition, by controlling the size of the ion energy, a relatively high energy ion implantation effect is achieved at the interface between the substrate and the film, and may be deposited based on the material properties. This has the effect of obtaining a relatively high deposition rate and a better film during the circuit board deposition process.
비록 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 본 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다른 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 첨부된 청구의 범위는 본 발명의 진정한 범위내에 속하는 그러한 수정 및 변형을 포함할 것이라고 여겨진다.Although the present invention has been described in connection with the above-mentioned preferred embodiments, various other modifications and variations may be made without departing from the spirit and scope of the invention. Accordingly, it is intended that the appended claims cover such modifications and variations as fall within the true scope of the invention.
Claims (4)
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2001
- 2001-08-21 KR KR10-2001-0050482A patent/KR100417112B1/en not_active IP Right Cessation
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